Appunti Corso PSA A.A. 2016/17

PSA – A.A. 2016/17CARATTERISTICHE DEL FENOMENO

INCENDIO E INQUADRAMENTO DELLE ATTIVITA’ DI PROGETTO

Prof. Ing. Franco BontempiOrdinario di Tecnica delle Costruzioni

Facolta’ di Ingegneria Civile e IndustrialeUniversita’ degli Studi di Roma “La Sapienza”

[email protected]

1PROGETTAZIONE STRUTTURALE

ANTINCENDIO

mailto:[email protected]

DEFINIZIONE DI INCENDIO

• Incendio = combustione autoalimentata ed incontrollata di materiali combustibili.

• Carattere estensivo (diffusione nello spazio):

1. wildfire

2. urbanfire

3. all’esterno di un edificio

4. all’interno di un interno

• Carattere intensivo (andamento nel tempo).

• Natura accidentale.


ANTINCENDIO

I


ANTINCENDIO

CARATTERE ESTENSIVO

Diffusione nello spazio


ANTINCENDIO

1. WILDFIRE


ANTINCENDIO


ANTINCENDIO

PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTINCENDIO

8


ANTINCENDIO


12


13


ANTINCENDIO


23

http://www.meteoweb.eu/2012/06/reggio

-calabria-vasto-incendio-distrugge-la-

collina-di-pentimele-oasi-ridosso-della-

citta/140184/

http://www.meteoweb.eu/2012/06/reggio-calabria-vasto-incendio-distrugge-la-collina-di-pentimele-oasi-ridosso-della-citta/140184/


24


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27

http://www.repubblica.it/esteri/2014/04/1

3/foto/cile_gigantesco_incendio_a_valp

araiso_3mila_evacuati-83468928/1/#1

http://www.repubblica.it/esteri/2014/04/13/foto/cile_gigantesco_incendio_a_valparaiso_3mila_evacuati-83468928/1/#1


28

2. URBANFIRE


ANTINCENDIO


ANTINCENDIO

The Great Fire of London Sunday, 2 September to Wednesday, 5 September 1666.


ANTINCENDIO


32

The Great Fire of the City of New York, 16 December 1835


ANTINCENDIO

The Great Fire of Chicago, October 7-10, 1871


ANTINCENDIO


ANTINCENDIO


38


39


40


41


42


43

https://it.wikipedia.org/wiki/Te

rremoto_di_San_Francisco_d

el_1906

https://it.wikipedia.org/wiki/Terremoto_di_San_Francisco_del_1906


44


45

https://it.wikipedia.org/wiki/Gr

ande_terremoto_del_Kant%C

5%8D_del_1923

https://it.wikipedia.org/wiki/Grande_terremoto_del_Kant%C5%8D_del_1923


• Il terremoto devastò Tokyo, il porto di Yokohama, e le prefetture circostanti di Chiba, Kanagawa, e Shizuoka, e causò grandi distruzioni in tutta la regione del Kantō. Le morti causate dal sisma sono stimate fra 100.000 e 142.000, mentre i dispersi, presumibilmente deceduti, furono 37.000.[3][4][5]

• Dato che il terremoto avvenne all'ora di pranzo, quando molte persone stavano utilizzando il fuoco per cucinare, i danni furono incrementati da incendi che divamparono in numerosi luoghi e che furono rapidamente alimentati dal violento tifone che si stava avvicinando dalla costa della penisola di Noto nel nord del Giappone.


46



• Gli incendi provocarono la fusione dell'asfalto delle strade, intrappolando ed uccidendo molte persone che tentavano la fuga. L'episodio singolo che vide il più grande numero di morti fu l'incenerimento in un vortice di fuoco di circa 38.000 persone radunate in uno spazio aperto a Rikugun HonjoHifukusho a Tokyo e che credevano di essere ormai in salvo.

• Il terremoto provocò la rottura delle falde acquatiche, rendendo più difficili lo spegnimento dei fuochi, che durarono due giorni, fino alla mattina del 3 settembre, quando si spensero per mancanza di combustibile. Gli incendi furono la principale causa del grande numero di vittime.


47


3. ALL’ESTERNO DI UN EDIFICIO


ANTINCENDIO


ANTINCENDIO

51

WTC 7


Simulated exterior buckling of WTC 7 during the collapse.


ANTINCENDIO


ANTINCENDIO


63


64


65

4. ALL’INTERNO DI UN EDIFICIO


ANTINCENDIO


ANTINCENDIO


68


69

www.francobontempi.

org


70

Stro N

GERwww.stronger2012.com

http://www.francobontempi.org/


71


ANTINCENDIO


73


74

NUMERICAL

MODELING


ANTINCENDIO

II


ANTINCENDIO

CARATTERE INTENSIVO

Andamento temporale


ANTINCENDIO

1. Cosa e’ un incendio

2. Condizioni nelle quali sisviluppa un incendio

3. Quanta energia puo’ esseresviluppata in un incendio

4. Quale e’ la velocita’ con la quale si sviluppa un incendio


78

1

2

3

4

Incendio: caratterizzazione (1)

• L'incendio è una reazione ossidativa (o combustione) non controllata che si sviluppa nello spazio e nel tempo dando luogo, dove si estende, a calore, fumo, gas e luce.

• La descrizione di un incendio consiste nella caratterizzazione quantitativa del focolare come sorgente di energia termica e prodotti della combustione, secondo:


79

1

Incendio: caratterizzazione (2)• localizzazione del focolare;

• tipologia di focolare: covante o con fiamma;

• quantità, qualità e distribuzione spaziale del combustibile;

• fonti d'innesco;

• curva RHR (rate of heat released) o HRR (HeatRelease Rate), potenza termica prodotta dal focolare nel tempo RHR(t);

• prodotti della combustione considerati (es. CO e particolato).


80

Condizioni• Per far sì che avvenga un incendio è necessario che siano

presenti tre elementi fondamentali:

1. combustibile: materiali infiammabili;

2. comburente: ruolo svolto usualmente dall'ossigeno;

3. temperatura (o calore): è necessaria la presenza di un'adeguata temperatura affinché avvenga l'innesco.

• Combustibile e comburente devono essere presenti in proporzioni adeguate definite dal campo di infiammabilità.

• Se non sono presenti uno o più dei tre elementi della combustione, questa non può avvenire e – se l'incendio è già in atto – si determina l'estinzione del fuoco.


81

2


82

Incendio non vincolato o vincolato (dall’ossigeno)

• Controllato dal combustibile - “NON VINCOLATO”(all'aperto, in grandi ambienti o edifici con elevata superficie di ventilazione): la quantità del combustibile determina l’entità dell’incendio; c’è sovrabbondanza di ossigeno.

• Limitato dalla (superficie di) ventilazione - “VINCOLATO”(in edifici con superficie di ventilazione ordinaria): è l’ossigeno che regola la combustione; può esserci anche una grande quantità di combustibile, ma non può bruciare adeguatamente perché non c’è ossigeno sufficiente.


83

Incendio: caratterizzazione (1)• L’incendio si può schematizzare come una

sorgente di tipo volumetrico, ossia un bruciatore che rilascia calore (HRR) e quantità di particolato (soot) e di gas.

NB: Particolato carbonioso

E’ una polvere nera (essenzialmente carbonio incombusto amorfo, più tracce di altri composti) che si può ottenere come sottoprodotto della combustione incompleta di una qualsiasi sostanza organica (anche fuliggine / nerofumo).


84


85

Unita’


86

Energy

3


87

Energy


88

Energy


89

Energy


90

Energy


91

Power


92

4


93


94

T-squared Fire (1)


95

T-squared Fire (2)


96


97

HRRf massimo tasso di rilascio termico prodotto da 1 m2 di in-cendio nel caso di combustione controllata dal combustibile.

ISO 13387: Example of Design Fire


ANTINCENDIO

Evoluzione temporalepotenza termica


ANTINCENDIO


100

L’energia disponibile per essere rilasciata nell’incendio e’

l’area sottesa dalla curva RHR (in ascissa il tempo [s] e in

ordinata la potenza termica [KW] = [kJ s-1]) rappresenta il

carico d’incendio [kJ].

dinamica

30%

energia

Fasi dell’incendio

• Prima fase (pre-flashover): funzione diretta della velocità di combustione e del quantitativo di combustibile (energia) disponibile. Si ha una crescita di tipo quadratico, con pendenza (velocità) in funzione del materiale e sue condizioni fisiche.

• Seconda fase: In ambiente chiuso si raggiunge, dopo un certo t, una temperatura tale da provocare l’incendio di tutti i materiali; il fattore determinante diventa la ventilazione e il materiale che può bruciare dipende solo dalla ventilazione disponibile. Si ha un diagramma orizzontale, con RHRmaxlimitato dalla ventilazione;

• Terza fase: lineare, rappresenta il progressivo spegnimento.


101


102

Sistemi di controllo

Sistemi di spegnimento

Sistemi di controllo dell’incendio

• Con sistemi di controllo dell'incendio automatici (es. sprinkler), RHR(t) non raggiunge RHRmax, che po-tevaraggiungere in base a combustibile e ambiente.

• RHR può essere assunto costante, pari a RHR(tx) rag-giunto all’istante tX di entrata in funzione dell’impianto.

• Il valore permane per un tempo pari alla durata di alimentazione prevista, entro cui si presume che l’incendio controllato venga estinto con l’intervento manuale.


103

Note

• Se nell'attività sono previsti sistemi automatici di estinzione completa dell’incendio (es. sprinkler ESFR - early suppression fast response, water mist, ecc.), il loro effetto deve essere valutato caso per caso in relazione alla loro efficacia ed all'affidabilità di funzionamento.

• A differenza dell’attivazione dei sistemi automatici, l’intervento manuale effettuato dalle squadre antincendio non può essere considerato in fase progettuale ai fini della modifica dell'andamento della curva RHR(t).


104


105


106


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108


109


110


111


112


113


114

Temperatura nel tempo(curva naturale d’incendio)


ANTINCENDIO

Summary of periods of typical fire development

Incipient period

Growth period Burning period Decay period

Fire Behavior

Heating of fuel

Fuel controlled burning Ventilation controlled burning

Fuel controlled burning

Human behavior

Prevent ignition

Extinguish by hand, escape

Death

Detection Smoke detectors

Smoke detectors, heat detectors

External smoke and flame

Active control

Prevent ignition

Extinguish by sprinklers or fire fighters; control

of smoke

Control by fire-fighters

Passive control

- Select materials with resistance to flame

spread

Provide fire resistance; contain fire, prevent collapse

T

timeBuchanan, 2002 116PROGETTAZIONE STRUTTURALE

ANTINCENDIO

FLASHOVER

passiva

Create fire compartments

Prevent damage in the elements

Prevent loss of functionality in the building

attiva

Detection measures(smoke, heat, flame detectors)

Suppression measures (sprinklers, fire extinguisher, standpipes, firemen)

Smoke and heat evacuation system

prevenzione protezione robustezza

Limit ignitionsources

Limit hazardous human behavior

Emergency procedure and evacuation

Prevent the propagation of collapse, once local damages occurred (e.g. redundancy)

Strategie

117

time

T


Strategia antincendio: combinazione di misure di prevenzione, protezione e gestionali per la riduzione del rischio di incendio.

activeprotection

passiveprotection

no failures

doesn’t trigger

Y

N

Y

N spreads

extinguishes

damages

Y

N

robustness

no collapse

collapse

Y

N

triggers

prevention1 42 3


ANTINCENDIO


119

CURVE NOMINALI

CURVE NOMINALI

• CURVA STANDARD – CURVA ISO 834

• CURVA DEL FUOCO ESTERNO

tempo in minuti

temperatura dei gas caldi al tempo espressa in °C

• CURVA DEGLI IDROCARBURI


120

III


ANTINCENDIO

CARATTERE ACCIDENTALE

Evento


ANTINCENDIO

NTC2005


ANTINCENDIO

High Probability Low Consequences

HPLCevents


ANTINCENDIO

Low

Pro

bab

ility

Hig

h C

on

seq

uen

ces LPHC

events


ANTINCENDIO

HPLCHigh Probability

Low Consequences

LPHCLow Probability

High Consequences

release of energy SMALL LARGE

numbers of breakdown SMALL LARGE

people involved FEW MANY

nonlinearity WEAK STRONG

interactions WEAK STRONG

uncertainty WEAK STRONG

decomposability HIGH LOW

course predictability HIGH LOW

HPLC – LPHC EVENTS


ANTINCENDIO


127


128

System Complexity (Perrow)


129


130

SYSTEM CONTINGEN

CYNature

Characteristic

s

Weakness

…

Nature

Characteristic

s

Strengths

…

COUPLINGS /

INTERACTIONS

NONLINEARITY 131PROGETTAZIONE STRUTTURALE

ANTINCENDIO


ANTINCENDIO

Jo

hn

Bo

yd

du

rin

g t

he K

ore

an

War


ANTINCENDIO


ANTINCENDIO

Cascade Effect / Domino Effect

• A cascade effect is an inevitable and sometimes unforeseen chain of events due to an act affecting a system.

• In biology, the term cascade refers to a process that, once started, proceeds stepwise to its full, seemingly inevitable, conclusion.

• A domino effect or chain reaction is the cumulative effect produced when one event sets off a chain of similar events.

• It typically refers to a linked sequence of events where the time between successive events is relatively small.


ANTINCENDIO


140


141


142

https://it.wikipedia.org/wiki/Te

rremoto_di_San_Francisco_d

el_1906

https://it.wikipedia.org/wiki/Terremoto_di_San_Francisco_del_1906


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https://it.wikipedia.org/wiki/Gr

ande_terremoto_del_Kant%C

5%8D_del_1923



• Il terremoto devastò Tokyo, il porto di Yokohama, e le prefetture circostanti di Chiba, Kanagawa, e Shizuoka, e causò grandi distruzioni in tutta la regione del Kantō. Le morti causate dal sisma sono stimate fra 100.000 e 142.000, mentre i dispersi, presumibilmente deceduti, furono 37.000.[3][4][5]

• Dato che il terremoto avvenne all'ora di pranzo, quando molte persone stavano utilizzando il fuoco per cucinare, i danni furono incrementati da incendi che divamparono in numerosi luoghi e che furono rapidamente alimentati dal violento tifone che si stava avvicinando dalla costa della penisola di Noto nel nord del Giappone.


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• Gli incendi provocarono la fusione dell'asfalto delle strade, intrappolando ed uccidendo molte persone che tentavano la fuga. L'episodio singolo che vide il più grande numero di morti fu l'incenerimento in un vortice di fuoco di circa 38.000 persone radunate in uno spazio aperto a Rikugun HonjoHifukusho a Tokyo e che credevano di essere ormai in salvo.

• Il terremoto provocò la rottura delle falde acquatiche, rendendo più difficili lo spegnimento dei fuochi, che durarono due giorni, fino alla mattina del 3 settembre, quando si spensero per mancanza di combustibile. Gli incendi furono la principale causa del grande numero di vittime.


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Interazioni nel caso di incendio

decomposability

course predictability


ANTINCENDIO

Design Complexity(Optimization)

Loosely – Tightly Couplings

(Interactions)

No

nli

ne

ar–

Lin

ea

r B

eh

avio

r


ANTINCENDIO

I – INCIPIENT PHASE

Heating of potential fuel is taking

place through combustion

processes.

II – GROWING PHASE

as other combustibles get

involved in the fire, a hotter upper

layer of smokes and combustion

products is formed , which

becomes thicker as the fire grows.

III – BURNING PHASE

the rate of heat release reaches

the max. and the burning rate

remains steady: usually most

critical stage for fire spread and

structural damages.

IV – DECAY PHASE

Ignition Propagation Flashover ExtinctionPeak

the burning rate decreases as all

combustible materials is

consumed. Temperatures of

gases decrease, until fire

extinguishes.PROGETTAZIONE STRUTTURALE

ANTINCENDIO151

Initial phase: fire affected by

combustible typeFinal phase: cooling due to

combustible exhaustion

Central phase: fire

controlled by ventilation

Realistic temperature – time function


152

Approcci di analisi

HPLCEventi Frequenti con

Conseguenze Limitate

LPHCEventi Rari con

Conseguenze Elevate

Complessità:Non linearita’,

Interazioni,Incertezze

Impostazionedel problema:

Deterministica

Probabilistica

ANALISIQUALITATIVA

DETERMINISTICA

ANALISIQUANTITATIVA

PROBABILISTICA

ANALISIPRAGMATICACON SCENARI


ANTINCENDIO

Scenari (D.M. 14 settembre 2005)


ANTINCENDIO

Overview of scenario analysis

Buchanan,

2002


ANTINCENDIO

ISO 13387: Example of Event Tree

A

B

C

D

E

G

F


ANTINCENDIO

CONTROLLING FIRE SPREAD

• The larger a fire, the greater its destructive potential.

• The control of fire movement, or fire spread, is discussed in four categories:

1. within the room of origin;

2. to other rooms on the same level;

3. to other storey of the same building;

4. to other buildings.


ANTINCENDIO

ISO

13

38

7:

Exam

ple

s o

f Fi

re S

pre

ad R

ou

tes

SAMEFLOOR

FROMONE

FLOORTO

ANOTHER

OUTSIDE


ANTINCENDIO

Fire spread within the room of origin

• Fire spread within the room of origin depends largely on heat release rate of the initially burning object.

• Vertical and horizontal fire spread will be greatly increased if the room is lined with combustible materials susceptible to rapid flame spread on the walls and especially on the ceilings.

• The properties of interest are ignitability, flame spread and the amount of smoke produced; these are often called early fire hazard properties or reaction to fire properties; these properties can be improved with the use of special paints or pressure treatment.


ANTINCENDIO

Fire spread to adjacent rooms (1)

• Spread of fire and smoke to adjacent rooms is a major contributor to fire deaths. Fire and smoke movement depends vey much on the geometry of the building. If doors are open, they can provide a path for smoke and toxic combustion products to travel from the upper layer of the fire room into the next room or corridor.

• Keeping doors closed is essential to preventing fire spread from room to room. Doors through fire barrier must be able to maintain the containment function of the barrier through which they pass, whether for smoke control or fire resistance.

• Door closing devices which operate automatically when a fire is detected are very effective for greatly increasing fire safety.


ANTINCENDIO

Fire spread to adjacent rooms (2)

• Concealed spaces are one of the most dangerous paths for the spread Of fire and smoke. Concealed cavities are a particular problem in old buildings, especially if a number of new ceilings or partitions have been added over the years.

• Fire can also spread to adjacent rooms by penetrating the surrounding walls. Fire resisting walls must extend through suspended ceilings to the floor or roof above so that the fire does not spread by traveling through concealed space above the wall.

• The wall can be extended above the roof line to form a parapet, or the roof can be fire-rated for some distance either side of the top of the wall.


ANTINCENDIO

ISO

13

38

7:

Exam

ple

s o

f Fi

re S

pre

ad R

ou

tes

FROMONE

FLOORTO

ANOTHER


ANTINCENDIO

Fire spread to others storey (1)• Vertical shafts and stairways must be fire-stopped or

separated from the occupied space at each level to avoid producing a path for spread of fire and smoke from floor to floor. A particularly dangerous situation can arise if there are interconnected horizontal and vertical concealed spaces, within the building or on the façade.

• This is particularly important of curtain-wall construction where the exterior panels are not part of the structure. Careful detailing and installation is necessary to ensure that the entire gap is sealed, especially at corners and junctions, to eliminate any possible path for fire spread.

• Gaps such as these between structural and non-structural elements are often filed with non-rigid fire-stopping materials to allow for seismic or thermal movement.


ANTINCENDIO

Fire spread to others storey (2)

• Vertical fire spread can also occur outside the building envelope, via combustible cladding materials or exterior windows.

• Vertical spread of fire from window is a major hazard in multi-story buildings. This hazard can be partly controlled by keeping windows small and well separated, and by using horizontal aprons which project above windows openings.

• Flames from small narrow windows tend to project further away from the wall of the building than flames from long wide windows, leading to lower probability of story fire spread.


ANTINCENDIO

ISO

13

38

7:

Exam

ple

s o

f Fi

re S

pre

ad R

ou

tes

OUTSIDE


ANTINCENDIO

Fire spread to other buildings• Fire can spread from a burning building to adjacent buildings by

flame contact, by radiation from windows, or by flaming brands.

• Fire spread can be prevented by providing a fire-resisting barrier or by providing sufficient separation distances. If there are openings in the external wall, the probability of fire spread depends greatly on the distances between the buildings and the size of the openings.

• Collapse of exterior walls can be a major hazard for fire-fighters and bystanders, and can lead to further spread of fire to adjacent buildings.

• Fire spread by flame contact is only possible if the buildings are quite close together, whereas fire spread by radiation can occur over many meters. Fire can also travel large distances between buildings if combustible vegetation is present. 166


RUNAWAY (1)

effect

time

decomposability



ANTINCENDIO


ANTINCENDIO

EFFECT

RU

NA

WA

Y (

2)

decomposability



ANTINCENDIO


ANTINCENDIO

NATECH: Natural Hazard Triggeringa Technological Disaster

• There is growing evidence that natural disasters can trigger technological disasters, and that these joint events (also known as NATECHs) may pose tremendous risks to regions which are unprepared for such events.

• However, there is scarce information available on the inter actions between natural disasters and simultaneous technological accidents. 175



ANTINCENDIO

A Black Swan is an event with the following three attributes.

1. First, it is an outlier, as it lies outside the realm of regular expectations,

because nothing in the past can convincingly point to its possibility.

Rarity -The event is a surprise (to the observer).

2. Second, it carries an extreme 'impact'.

Extreme “impact” - the event has a major effect.

3. Third, in spite of its outlier status, human nature makes us concoct

explanations for its occurrence after the fact, making it explainable and

predictable.

Retrospective (though not prospective) predictability -

After the first recorded instance of the event, it is rationalized by hindsight,

as if it could have been expected; that is, the relevant data were available

but unaccounted for in risk mitigation programs. The same is true for the

personal perception by individuals.

References: Taleb, Nassim Nicholas (April 2007). The Black Swan: The Impact of the Highly Improbable (1st

ed.). London: Penguin. p. 400. ISBN 1-84614045-5.

Black Swan Events


ANTINCENDIO

Word Cloud


ANTINCENDIO


182http://www.vigilfuoco.it/sitiVVF/ascolipiceno/viewPage.aspx?s=85&p=40401

http://www.vigilfuoco.it/sitiVVF/ascolipiceno/viewPage.aspx?s=85&p=40401

DEFINIZIONE DI INCENDIO

• Incendio = combustione autoalimentata ed incontrollata di materiali combustibili.

• Carattere estensivo (diffusione nello spazio):

1. wildfire

2. urbanfire

3. all’esterno di un edificio

4. all’interno di un interno

• Carattere intensivo (andamento nel tempo).

• Natura accidentale.


ANTINCENDIO

IV


ANTINCENDIO

IMPOSTAZIONE DELLA SICUREZZA

Rischio


ANTINCENDIO

Prevention

Pro

recti

on

Risk = Probability · Magnitudo


ANTINCENDIO

Ris

k=

Pro

bab

ility

·Mag

nit

ud

od

od

iscr

etiz

atio

nin

log-

log

pla

ne


ANTINCENDIO

Ris

k tr

eat

me

nt


ANTINCENDIO

Option 1 – Risk avoidance, which

usually means not

proceeding to continue

with the system; this is not

always a feasible option,

but may be the only

course of action if the

hazard or their probability

of occurrence or both are

particularly serious;

Ris

k tr

eat

me

nt


ANTINCENDIO

Option 2 – Risk reduction, either

through (a) reducing the

probability of occurrence

of some events, or (b)

through reduction in the

severity of the

consequences, such as

downsizing the system, or

(c) putting in place control

measures;

Ris

k tr

eat

me

nt


ANTINCENDIO

Option 3 – Risk transfer, where

insurance or other

financial mechanisms can

be put in place to share or

completely transfer the

financial risk to other

parties; this is not a

feasible option where the

primary consequences

are not financial;

Ris

k tr

eat

me

nt


ANTINCENDIO

Ris

k tr

eat

me

nt

Option 4 – Risk acceptance, even when

it exceeds the criteria, but

perhaps only for a limited

time until other measures

can be taken.


ANTINCENDIO

Option 1 – Risk avoidance, which usually means not proceeding to continue with the system; this is not always a feasible option, but may be the only course of action if the hazard or their probability of occurrence or both are particularly serious;

Option 2 – Risk reduction, either through (a) reducing the probability of occurrence of some events, or (b) through reduction in the severity of the consequences, such as downsizing the system, or (c) putting in place control measures;

Option 3 – Risk transfer, where insurance or other financial mechanisms can be put in place to share or completely transfer the financial risk to other parties; this is not a feasible option where the primary consequences are not financial;

Option 4 – Risk acceptance, even when it exceeds the criteria, but perhaps only for a limited time until other measures can be taken.


ANTINCENDIO

Risk Analysis, Assessment, Management (IEC 1995)

Luur,

2002


ANTINCENDIO

Quantitative Risk Analysis

Luur,

2002


ANTINCENDIO

Risk-based decision making

Ste

wart

& M

elc

hers

, 1997


ANTINCENDIO

RISK CONCERNS

DEFINE CONTEXT

(social, individual,

political, organizational,

technological)

RSK ANALYSIS

(for the system are defined organization,

scenarios, and consequences of

occurences)

RISK ASSESSMENT

(compare risks

against criteria)

RISK TREATMENT

option 1 - avoidance

option 2 - reduction

option 3 - transfer

option 4 - acceptance

MONITOR

AND

REVIEW

RISK

MANAGEMENT

RISK

ANALYSIS

RISK

ASSESSMENT


ANTINCENDIO


ANTINCENDIO

Scenarios

DEFINE SYSTEM

(the system is usually decomposed into

a number of smaller subsystems and/or

components)

HAZARD SCENARIO ANALYSIS

(what can go wrong?

how can it happen?

waht controls exist?)

ESTIMATE

CONSEQUENCES

(magnitude)

ESTIMATE

PROBABILITIES

(of occurrences)

DEFINE

RISK SCENARIOS SENSITIVITY

ANALYSIS

RISK

ANALYSIS

FIRE

EVENT 199PROGETTAZIONE STRUTTURALE

ANTINCENDIO

Simulations

DEFINE SYSTEM

(the system is usually decomposed into

a number of smaller subsystems and/or

components)

HAZARD SCENARIO ANALYSIS

(what can go wrong?

how can it happen?

waht controls exist?)

ESTIMATE

CONSEQUENCES

(magnitude)

ESTIMATE

PROBABILITIES

(of occurrences)

DEFINE

RISK SCENARIOS SENSITIVITY

ANALYSIS

RISK

ANALYSIS

NUMERICAL

MODELING


ANTINCENDIO

Prevention

Pro

recti

on

Risk = Probability · Magnitudo


ANTINCENDIO

Ris

k=

Pro

bab

ility

·Mag

nit

ud

od

od

iscr

etiz

atio

nin

log-

log

pla

ne


ANTINCENDIO


203


204

Rischio, Rischio, Rischio (CPI)

• Rischio è la potenzialità che un'azione o un’ attivita’ scelta(includendo la scelta di non agire) porti a una perdita o ad un evento indesiderabile.

• Profilo di rischio e’ un indicatore speditivo della tipologia di rischio di incendio associata all'esercizio ordinario di unaqualsiasi attivita’.

• Area a rischio specifico e’ una porzione dell'attivita’ caratterizzate da rischio di incendio sostanzialmente differenterispetto a quello tipico dell'attivita. L'individuazione delle aree a rischio specifico:

a. riportata nella regole tecniche verticali;b. in assenza, e’ effettuata dal progettista secondo

criteri generali.


ANTINCENDIO

Profili di rischio (CPI)


ANTINCENDIO

Profilo di rischio Rvita


ANTINCENDIO

Caratteristiche occupanti


ANTINCENDIO

Velocita’ di sviluppo dell’incendio


ANTINCENDIO

Profilo di rischio Rvita

Incendio ---->

<--

--o

ccu

pan

ti


ANTINCENDIO

Profilo di rischio RBENI


ANTINCENDIO

Design Complexity(Optimization)

Loosely – Tightly Couplings

(Interactions)

No

nli

ne

ar–

Lin

ea

r B

eh

avio

r


ANTINCENDIO

DUE DILIGENCE

• Due diligence (also known as due care) is the effortmade by an ordinarily prudent or reasonable party toavoid harm to another party. Failure to make thiseffort is considered negligence.

• It is necessary to discover all risks and implicationsregarding a decision to be made

• Due diligence is also a dynamic concept in that it is aconstantly evolving standard of care that isdetermined by the requirements of law, industrystandards as well as professional and other codes ofpractice.


ANTINCENDIO

Design Process - ISO 13387

A. Design constraints and possibilities (blue),

B. Action definition and development

(red),

C. Passive system and active response(yellow),

D. Safety and performance

(purple).


ANTINCENDIO

SS0a

PRESCRIBED

DESIGN

PARAMETERS

SS0b

ESTIMATED

DESIGN

PARAMETERS

SS1

initiation and

development

of fire and

fire efluent

SS2

movement of

fire effluent

SS3

structural response

and fire spread

beyond enclosure

of origin

SS4

detection,

activitation and

suppression

SS5

life safety:

occupant behavior,

location and

condition

SS6

property

loss

SS7

business

interruption

SS8

contamination

of

environment

SS9

destruction

of

heritage

(0)

DESIGN

CONSTRAINTS

AND

POSSIBILITIES

(1+2)

ACTION

DEFINITION

AND

DEVELOPMENT

(3+4)

SYSTEM

PASSIVE

AND ACTIVE

RESPONSE

BU

S O

F I

NF

OR

MA

TIO

N

RESULTS

DESIGN

ACTION

RESPONSE

SA

FE

TY

& P

ER

FO

RM

AN

CE


ANTINCENDIO

Fire safety concepts tree (NFPA)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Buchanan,

2002

Strategie per

la gestione

dell'incendio

1

Prevenzione

2

Gestione

dell'evento

3

Gestione

dell'incendio

4Gestione delle

persone e

dei beni

15

Difesa sul posto

16

Spostamento

17

Disposibilità

delle vie

di fuga

18

Far avvenire

il deflusso

19

Controllo

della quantità

di

combustibile

5

Soppressione

dell'incendio

10Controllo

dell'incendio

attraverso il

progetto

13

Automatica

11

Manuale

12

Controllo dei

materiali

presenti

6Controllo

del movimento

dell'incendio

7Resistenza e

stabilità

strutturale

14

Contenimento

9

Ventilazione

8


ANTINCENDIO

Buchanan,

2002

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Strategie per

la gestione

dell'incendio

1

Prevenzione

2

Gestione

dell'evento

3

Gestione

dell'incendio

4Gestione delle

persone e

dei beni

15

Difesa sul posto

16

Spostamento

17

Disposibilità

delle vie

di fuga

18

Far avvenire

il deflusso

19

Controllo

della quantità

di

combustibile

5

Soppressione

dell'incendio

10Controllo

dell'incendio

attraverso il

progetto

13

Automatica

11

Manuale

12

Controllo dei

materiali

presenti

6Controllo

del movimento

dell'incendio

7Resistenza e

stabilità

strutturale

14

Contenimento

9

Ventilazione

8


ANTINCENDIO


Line 2

• La gestione dell’incendio non è necessaria se si previene l’ignizione.

• Può essere solo ridotta la probabilità che avvenga l’ignizione.

• Gli incendi dolosi è difficile da prevedere dal progettista


ANTINCENDIO


Line 4

Exposed persons and property can be managed by moving them from the building or

by defending them in place; in order for people to move, the fire must be detected,

the people must be notified, and there must be a suitable safe path for movement.


ANTINCENDIO


Line 6

• There are three options for managing a fire; in the first case the fuel source can be

controlled, by limiting the amount of fuel or the geometry; the second options is to

suppress the fire; the third is to control the fire by construction.

• Control fire by construction it is necessary to both control the movement of the fire

and provide the structural stability.


ANTINCENDIO


Line 9 - The two strategies for controlling fire movement are:

a) fire venting: venting can be by an active system of mechanically operated vents, or a passive

system that relies on the melting of plastic skylights; in either case, the increased ventilation

may increase the local severity of the fire, but fire spread within the building and the overall

thermal impact on the structure will be reduced;

b) containment of a fire to prevent spread is the principal tool of passive fire protection;

preventing fire growing to a large size is ne of the most important components of a fire safety

strategy; radiant spread of the fire to neighboring buildings must also be prevented, by limiting

the size of openings in exterior walls;

Smoke containment can also controlled by venting or containment; pressurizations and smoke

barriers can also used.


ANTINCENDIO


• Line 4 – exposed persons and property can be managed by moving them from the building or by defending them in place; in order for people to move, the fire must be detected, the people must be notified, and there must be a suitable safe path for movement.

• Line 6 – there are three options for managing a fire; in the first case the fuel source ca be controlled, by limiting the amount of fuel or the geometry; the second options is to suppress the fire; the third is to control the fire by construction.

• Control fire by construction it is necessary to both control the movement of the fire and provide the structural stability.

Buchan

an,

2002


ANTINCENDIO


• Line 9 - the two strategies for controlling fire movement are:

a) fire venting: venting can be by an active system of mechanically operated vents, or a passive system that relies on the meltig of plastic skylights; in either case, the increased ventilation may increase the local severity of the fire, but fire spread within the building and the overall thermal impact on the structure will be reduced;

b) containment of a fire to prevent spread is the principal tool of passive fire protection; preventing fire growing to a large size is ne of the most important components of a fire safety strategy; radiant spread of the fire to nighbouring buildings must also be prevented, by limiting the size of openings in exterior walls;

Smoke containment can also controlled by venting or containment; pressurizations and smoke barriers can also used.

Buchanan,

2002


ANTINCENDIO


PROGETTAZIONE PRESTAZIONALE

Performance-based Design


ANTINCENDIO

225

Processo di analisi e processo di sintesi (1)

DATI

CALCOLO

RISULTATI

START

END

START

END

MODIFICA

K=K+1

K=0

DATI

K

CALCOLO

RISULTATI

K

TESTSI’ NO

Pre-processing

Post-processing


226

Processo di analisi e processo di sintesi (2)

START

END

MODIFICA

K=K+1

K=0

DATI

K

CALCOLO

RISULTATI

K

TESTSI’ NO

AN

AL

ISI

SIN

TE

SI


PRESCRITTIVO / PRESTAZIONALEAPPROCCIO

PRESCRITTIVO

1) BASI DEL PROGETTO,

2) LIVELLI DI SCUREZZA,

3) PRESTAZIONI ATTESE

NON ESPLICITATI

1) REGOLE DI

CALCOLO E

2) COMPONENTI

MATERIALI

SPECIFICATI E

DETTAGLIATI

QUALITA' ED AFFIDABILITA'

STRUTTURALI

ASSICURATI IN MODO

INDIRETTO

GARANZIA DIRETTA DELLE PRESTAZIONI

E DELLA SICUREZZA STRUTURALI

INSIEME DI

STRUMENTI

LOGICI E

MATERIALI #3

INSIEME DI

STRUMENTI

LOGICI E

MATERIALI #1

INSIEME DI

STRUMENTI

LOGICI E

MATERIALI #2

OBIETTIVI

PRESTAZIONALI E

LIVELLI DI

SICUREZZA

ESPLICITATI

APPROCCIO

PRESTAZIONALE

NUMERICAL

MODELING


ANTINCENDIO

228

Prescrittivo


Prestazionale


ANTINCENDIO


230

START

APPLICAZIONE

DI

REGOLE

PRESTABILITE

E

TECNICHE

PREDEFINITE

END

START

END

DEFINIZIONE E DISANIMA

DEGLI OBIETTIVI

INDIVIDUAZIONE DELLE

SOLUZIONI ATTE A

RAGGIUNGERE GLI

OBIETTIVI

ATTIVITA' DI

MODELLAZIONE E MISURA

GIUDIZIO DELLE

PRESTAZIONI

RISULTANTI

No

Yes

231

MODELLI

NUMERICI

MODELLI

FISICI

RISPETTO DI

PRESCRIZIONI

livello

1OBIETTIVI

livello

3

DEFINIZIONE

DELLA

SOLUZIONE

STRUTTURALE

livello

4

VERIFICA

DELLE

CAPACITA'

PRESTAZIONALI

LIMITI DELLA

PERFORMANCE i-esima

CRITERIO (QUANTITA')

CHE MISURA

LA PERFORMANCE i-esima

DEFINIZIONE DELLA

PERFORMANCE i-esima

livello

2

ESPLICITAZIONE DEGLI

OBIETTIVI ATTRAVERSO

L'INDIVIDUAZIONE DI n

PRESTAZIONI;

ordinatamente, per ciascuna di

esse, i =1,..n:

ESITO

NO

SI'

A

C

B



ANTINCENDIO

Strategie / Misure antincendio

• Strategia antincendio: combinazione di misure antincendio finalizzate al raggiungimento degli obiettivi di sicurezza antincendio.

• Misura antincendio: categoria di strumenti di prevenzione, protezione e gestionali per ridurre rischio incendio (S.1÷S.10).


ANTINCENDIO

234

Stra

tegi

ean

tin

cen

dio


Livello di prestazione:reazione al fuoco


ANTINCENDIO

Livello di prestazione:resistenza al fuoco


ANTINCENDIO

Livello di prestazione:compartimentazione


ANTINCENDIO

Tria

ngl

eSh

irtw

aist

Fire

, 1

91

1


ANTINCENDIO


ANTINCENDIO

Livello di prestazione:esodo


ANTINCENDIO

Soluzioni progettuali

• Soluzione conforme: soluzione di immediata applicazione, che garantisce il raggiungimento del livello di prestazione (Soluzione progettuale prescrittiva che non richiede ulteriori valutazioni)

• Soluzione alternativa: il progettista è tenuto a dimostrare il raggiungimento del livello di prestazione (Soluzione progettuale prestazionale che richiede ulteriori valutazioni).

• Soluzione in deroga: richiesta l'attivazione del procedimento di deroga secondo la normativa vigente.


ANTINCENDIO

Metodi ordinari di progettazione della sicurezza antincendio


ANTINCENDIO

Metodi avanzati di progettazione della sicurezza antincendi


ANTINCENDIO

NTC 2008

Norme Tecniche per le Costruzioni


ANTINCENDIO

D.M. 14 gennaio 2008 (1)


ANTINCENDIO

D.M. 14 gennaio 2008 (2)


ANTINCENDIO

Indice 3.6.1. - INCENDIO

• 3.6.1.1 - Definizioni

• 3.6.1.2 - Richieste di prestazione

• 3.6.1.3 - Classi di resistenza al fuoco

• 3.6.1.4 - Criteri di progettazione

• 3.6.1.5 - Procedura di analisi della resistenza al fuoco

Incendio di progetto

Analisi dell’evoluzione della temperatura

Analisi del comportamento meccanico

Verifiche di sicurezza


248

3.6.1.1. Definizioni (1)


ANTINCENDIO

I – INCIPIENT PHASE

Heating of potential fuel is taking

place through combustion

processes.

II – GROWING PHASE

as other combustibles get

involved in the fire, a hotter upper

layer of smokes and combustion

products is formed , which

becomes thicker as the fire grows.

III – BURNING PHASE

the rate of heat release reaches

the max. and the burning rate

remains steady: usually most

critical stage for fire spread and

structural damages.

IV – DECAY PHASE

Ignition Propagation Flashover ExtinctionPeak

the burning rate decreases as all

combustible materials is

consumed. Temperatures of

gases decrease, until fire

extinguishes.


ANTINCENDIO

Curve d’incendio nominali


ANTINCENDIO

3.6.1.5.1. Incendio di progetto


ANTINCENDIO



ANTINCENDIO

Decreto del Ministro dell’Interno 9/3/2007



ANTINCENDIO

3.6.1.2. Richieste di prestazioni


ANTINCENDIO

Decreto del Ministro dell’Interno 9/3/2007

3.6.1.3. Classi di resistenza al fuoco


ANTINCENDIO

3.6.1.4. Criteri di progettazione


ANTINCENDIO

ANALISI DELLE SINGOLE MEMBRATURE• Ripristino di idonee condizioni al contorno.

• Riduzione opportuna delle sollecitazioni ordinarie a freddo (Ed) mediante un

coefficiente riduttivo ηfi,d

• Azioni indirette sull’elemento (quelle derivanti da deformazioni termiche impedite)

solo derivanti da gradienti termici lungo le sezioni strutturali trascurando le distorsioni

termiche assiali o quelle piane.

L’analisi di singole membrature deve risultare comunque conservativa

3 rotazioni

3 traslazioni

(K determinato a t = 0)


ANTINCENDIO

ANALISI DI PARTI DI STRUTTURE

(K determinato a t = 0

indipendente dal tempo)

3 rotazioni

3 traslazioni

• Ripristino di idonee condizioni al contorno.

• Riduzione opportuna delle sollecitazioni ordinarie a freddo (Ed) mediante un

coefficiente riduttivo ηfi,d

• All’interno della sottostruttura devono essere tenute in conto tutte le azioni

indirette, il decadimento delle proprietà meccaniche dei materiali, le effettive rigidezze

e il possibile meccanismo di collasso.

Non sono utilizzabili metodi tabellari. Metodi semplificati sono applicabili solo per

incendi nominali. Nel caso di incendi reali, invece, sono consentiti solo i metodi avanzati.259


• Questo tipo di analisi strutturale è il più

completo.

• Può essere effettuato sia con regole

prescrittive che con un approccio

prestazionale.

• Sono utilizzabili solo metodi di calcolo

avanzati, che considerano le proprietà dei

materiali e la loro variazione con la

temperatura, le distorsioni termiche, il

verificarsi di meccanismi di collasso parziali,

la rigidezza delle membrature.

• Senza dubbio per la loro applicabilità

necessitano di grandi potenze di calcolo e di

una notevole specializzazione del progettista.

ANALISI DELLA STRUTTURA INTERA


ANTINCENDIO

3.6.1.5. Procedura di analisi di resistenza al fuoco


ANTINCENDIO

3.6.1.5.2. Analisi dell’evoluzionedella temperatura


ANTINCENDIO

3.6.1.5.3. Analisi del comportamento meccanico


ANTINCENDIO

Mechanical Analysis

• The mechanical analysis shall be performed for the same duration as used in the temperature analysis.

• Verification of fire resistance should be in:– in the strength domain: Rfi,d,t ≥ Efi,requ,t

(resistance at time t ≥ load effects at time t);– in the time domain: tfi,d ≥ tfi,requ

(design value of time fire resistance ≥ time required)– In the temperature domain: Td ≤ Tcr

(design value of the material temperature ≤ critical material temperature);


ANTINCENDIO

Verification of fire resistance (3D)R = structural resistance

T = temperature

t = time

T=T(t)

R=R(t,T)=R(t,T(t))=R(t)


ANTINCENDIO

Verification of fire resistance (R-safe)R = structural resistance

T = temperature

t = time

Rfi,d,t

Efi,requ,t


ANTINCENDIO

Verification of fire resistance (R-fail)R = structural resistance

T = temperature

t = time

Efi,requ,t

Rfi,d,t

Failure !


ANTINCENDIO

Verification of fire resistance (t)R = structural resistance

T = temperature

t = time

Efi,requ,t Rfi,d,t

Failure !

tfi,d ≥ tfi,requ


ANTINCENDIO

Verification of fire resistance (T)R = structural resistance

T = temperature

t = time

Efi,requ,t

Rfi,d,t

Failure !

Td ≤ Tcr


ANTINCENDIO

Esempio elementare


ANTINCENDIO

#4


ANTINCENDIO

#1

272

Scenario nScenario n°°11 Scenario nScenario n°°22





ANTINCENDIO

Initial deformed shape

Initial deformed shape: Scenario 1



Initial deformed shape





ANTINCENDIO

FAILURES

Reason


ANTINCENDIO

System Complexity (Perrow)


275

Swiss Cheese Model (Reason)


276

STRUCTURAL

CONCEPTION

STRUCTURAL

TOPOLOGY

&

GEOMETRY

threats

No

Yes

threats

STRUCTURAL

MATERIAL

& PARTS

No

Yespassive

structural

characteristics

threats

FIRE DETECTION

& SUPPRESSION

No

Yes

active

structural

characteristics

threats

ORGANIZATION &

FIREFIGHTERS

No

Yes

threats

MAINTENANCE

& USE

No

Yes

threats

No

alive

structural

characteristics

Yes

STRUCTURAL

SYSTEM

CHARACTERISTICS

STRUCTURAL

SYSTEM

WEAKNESS


ANTINCENDIO

STRUCTURAL

CONCEPTION

STRUCTURAL

TOPOLOGY

&

GEOMETRY

threats

No

Yes

threats

STRUCTURAL

MATERIAL

& PARTS

No

Yespassive

structural

characteristics

threats

FIRE DETECTION

& SUPPRESSION

No

Yes

active

structural

characteristics

threats

ORGANIZATION &

FIREFIGHTERS

No

Yes

threats

MAINTENANCE

& USE

No

Yes

threats

No

alive

structural

characteristics

Yes

STRUCTURAL

CONCEPTION

STRUCTURAL

TOPOLOGY

&

GEOMETRY

threats

No

Yes

threats

STRUCTURAL

MATERIAL

& PARTS

No

Yespassive

structural

characteristics

threats

FIRE DETECTION

& SUPPRESSION

No

Yes

active

structural

characteristics

threats

ORGANIZATION &

FIREFIGHTERS

No

Yes

threats

MAINTENANCE

& USE

No

Yes

threats

No

alive

structural

characteristics

Yes


ANTINCENDIO

STRUCTURAL

CONCEPTION

STRUCTURAL

TOPOLOGY

&

GEOMETRY

STRUCTURAL

MATERIAL

& PARTS

FIRE DETECTION

& SUPPRESSION

ORGANIZATION &

FIREFIGHTERS

MAINTENANCE

& USE

CRISIS


ANTINCENDIO

HAZARD

IN-D

EPTH

DEFE

NCE

HOLES DUE TO

ACTIVE ERRORS

HOLES DUE TO

HIDDEN ERRORS

FAILURE PATH


ANTINCENDIO

Condizioni

innesco

(hazard)

materiali

(vulnerability)PROGETTAZIONE STRUTTURALE

ANTINCENDIO282

Sviluppo di un evento negativo

innesco

(hazard)

materiali

(vulnerability)


283

Vulnerabilita’

• Il termine vulnerabile deriva dalla parola latina vulnus che significa: ferita o lesione che essa può essere fisica, psicologica e per estensione anche di un diritto.

• Vulnerabile è tutto ciò che è esposto alla possibilità di essere ferito, violato, leso, colpito, percosso, offeso, tagliato, danneggiato.

• In questo modo vulnus sembra rinviare tanto all’azione del ferire (la causa, il colpo inferto da chi ha il potere e la possibilità di offendere), quanto allo stato del soggetto che subisce (l’effetto, la violazione del corpo, dell’anima, degli affetti, ecc.).

• Un primo punto fermo derivante dall’etimologia della parola è legato all’aspetto di possibilità e non di stato: vulnerabile è chi potrebbe, potenzialmente, essere ferito.


284

Causes of system failure

100%

Time

% o

f fa

ilure

Unknown phenomena

Known phenomena

Research level Design code level

past present future

A

BB B

C

Hu

man

err

ors


ANTINCENDIO


286

https://www.youtube.com/c/FrancoBontempi

https://www.youtube.com/c/FrancoBontempi


ANTINCENDIO287

Appunti Corso PSA A.A. 2016/17

Education

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